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室溫固化水性環(huán)氧涂料進(jìn)展

   全文摘自:中國環(huán)氧樹(shù)脂網(wǎng)   

   隨著(zhù)涂料科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展以及人們新的理念和法規意識,對環(huán)保提出了愈來(lái)愈高的要求。涂料向高固體分和水性涂料方向發(fā)展已成為涂料界的共識。其中,水性環(huán)氧涂料特別是室溫固化的水性環(huán)氧涂料是取得的重要成果之一,其性能已可達到與溶劑型環(huán)氧涂料相匹配的水平。
    眾所周知,與溶劑型涂料相比,水性環(huán)氧涂料具有諸多優(yōu)點(diǎn),如低的V優(yōu)含量、較小的氣昧、使用安全、可用水清洗等。盡管水性涂料的原料價(jià)格較高,但在工業(yè)和商業(yè)上仍有很大的吸引力,正在被不斷地推廣。水性雙組分環(huán)氧涂料在市場(chǎng)上已有許多應用,如高性能的建筑涂料、設備底漆、工業(yè)廠(chǎng)房地板漆、運輸工具底漆、汽車(chē)維修底漆以及工業(yè)維修面漆等。因此,室溫固化的水性環(huán)氧涂料將有很大的發(fā)展前景,國外已研究和開(kāi)發(fā)了很多新的品種。
1水性環(huán)氧涂料的類(lèi)型
    市場(chǎng)上廣泛使用的水性環(huán)氧涂料主要是由兩組分組成:一組分是疏水性的環(huán)氧樹(shù)脂;另一組分是親水性的膠類(lèi)固化劑;诙䝼(gè)組分的物理形態(tài),E C.Gaigoci等人將水性環(huán)氧涂料分為以下五種類(lèi)型,表1所示。
表1  室溫固化的水性環(huán)氧涂料的類(lèi)型
類(lèi)型 環(huán)氧樹(shù)脂 固化劑
1 液體或液體乳液 水可溶性膠
2 固體分散體 水可溶性膠含竣基或膠基官能團的丙烯酸
3 液體或固體乳液分散體
4 液體或液體乳液 胺分散體
5 固體分散體 胺分散體
    表中所有這些水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料體系,有一個(gè)共同的特點(diǎn):環(huán)氧樹(shù)脂是疏水性的,以分散體的形式存在(乳液也可以認為是一種分散體)。第1類(lèi)和第2類(lèi)是目前已商品化的,仔細分析可見(jiàn),樹(shù)脂是液體或固體的環(huán)氧,是疏水性的,而固化劑是水可溶的膠類(lèi)化合物,是親水性的。這樣,樹(shù)脂與固化劑之間在親水性與疏水性方面存在很大差別,這將導致在溶度參數上的不相匹配,從而對涂料的成膜性產(chǎn)生不利的影響。因為涂料在成膜過(guò)程中,涉及到疏水性的樹(shù)脂粒子的擴散、聚結以及親水性的膠固化劑進(jìn)入到樹(shù)脂相的過(guò)程。盡管有很多因素會(huì )影響到這個(gè)過(guò)程,如體系的粘度、溶劑的性質(zhì),但樹(shù)脂與固化劑之間能達到的混合程度,即二者的溶度參數的匹配性,是最重要的影響因素。如果溶度參數匹配的好,有利于涂料的成膜,也有利于漆膜各項性能的提高。
    第3類(lèi)是用膠中和的水可稀釋的丙烯酸分散體為固化劑,與環(huán)氧乳液搭配,俗稱(chēng)環(huán)氧丙烯酸涂料。這類(lèi)涂料同樣在樹(shù)脂與固化劑之間的親水性上存在不相匹配的問(wèn)題。第4和第5類(lèi)是考慮了上述原因后在九十年代末期發(fā)展起來(lái)的新的室溫固化水性環(huán)氧涂料。
    2新一類(lèi)室溫固化水性環(huán)氧涂料
    為了提高環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑之間的相容性,使其與溶度參數相匹配,從而提高室溫固化環(huán)氧涂料的性能,美國Shell化學(xué)公司開(kāi)發(fā)了一種新穎的室溫固化環(huán)氧涂料,即表1中的第5類(lèi)產(chǎn)品。這類(lèi)環(huán)氧涂料所用的樹(shù)脂有二種:一種是常用的雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂;另一種是中等分子量多官能團的環(huán)氧樹(shù)脂。但環(huán)氧樹(shù)脂都需親水基團改性,如與親水的聚乙二醇、醇隧化合物或非離子表面活性劑進(jìn)行改性反應,在環(huán)氧樹(shù)脂分子中引人親水基團,使其具有自乳化性能。固化劑是比較保密的,是一種雙盼A與膠的加成物,同樣經(jīng)過(guò)用親水基團改性,而體系中不存在游離的非離子表面活性劑,是一種水性分散體或水包泊的乳液。把樹(shù)脂和固化劑設計成分散體的形式,主要是合成一種有一定疏水性(即親油性)的,并能與樹(shù)脂有很好相容性的固化劑。樹(shù)脂與固化劑的溶度參數相接近,改變了過(guò)去膠類(lèi)固化劑是水可溶性的狀態(tài),提高了與樹(shù)脂的匹配,而環(huán)氧樹(shù)脂則提高其親水性,可自乳化,這就是第5類(lèi)環(huán)氧涂料的特點(diǎn)。
    這一類(lèi)涂料的固化成膜過(guò)程與過(guò)去的環(huán)氧涂料(如第1或第2類(lèi))不同。第1或第2類(lèi)環(huán)氧涂料使用的是水溶性固化劑,兩組分混合后固化時(shí),固化劑從水相擴散進(jìn)入樹(shù)脂粒子,因此,樹(shù)脂粒子表面的固化劑濃度比較高,使表面容易固化而變得比較硬。樹(shù)脂粒子表面硬殼的形成,會(huì )阻止樹(shù)脂粒子的聚結成膜,最終使漆膜中的樹(shù)脂和固化劑分布不均勻,從而影響到漆膜的性能。
    第5類(lèi)的環(huán)氧涂料樹(shù)脂和固化劑都是分散體,兩組分混合后是相互分離的,當干燥成膜時(shí),可認為發(fā)生反乳化過(guò)程(de-emulsification),這過(guò)程發(fā)生得很快,二者分散相的粘度比較低,匹配性又比較好,會(huì )發(fā)生端流狀態(tài)的均勻混合,得到很均勻的漆膜。用原子力顯微鏡(AFM)技術(shù)掃描漆膜表面所得到的結果表明,漆膜的均勻性有了很大的提高。
    新一類(lèi)環(huán)氧涂料的固化劑是水分散體,可用水來(lái)降低體系的蒙古度,而不會(huì )發(fā)生相分離,不用加人其他有機試劑。而第2類(lèi)涂料,在稀釋時(shí),為使膠固化劑穩定,常須加入乙酸。而且,一般來(lái)說(shuō),固化劑在水中的溶解度愈大,得到的漆膜耐水性愈差,可見(jiàn),第5類(lèi)涂料的樹(shù)脂和固化劑都是具有一定的疏水性,所以在耐水性方面得到了很大的政進(jìn)。
    新穎環(huán)氧涂料的另一個(gè)改進(jìn)是將親水性的非離表面活性劑連結到樹(shù)脂和固化劑的分子中。這一新技術(shù)降低了表面活性劑的用量,也就是說(shuō)在體系中不存在游離的表面活性劑,從而降低了涂料對水性有機溶劑的敏感性。下面列舉固化劑與樹(shù)脂不同配比所得面漆的實(shí)驗結果,并與第2類(lèi)環(huán)氧涂料的結果比較,干燥溫度為(25±1)℃,相對濕度為(50±5)%.    

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